[发明专利]一种钒电解液晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种钒电解液晶体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）提供含偏钒酸铵和硫酸的浆液；（2）以硫酸溶液为阳极液，以步骤（1）中的浆液为阴极液，电解至阴极液钒离子价态降至4±0.1价，过滤得到滤液；（3）将滤液按照体积比1:(1.8‑2.2)分别作为阴极液和阳极液，电解至阳极液钒离子价态升至4.8价‑5价；（4）将步骤（3）电解后的阴极液作为阴极液，将硫酸溶液作为阳极液，电解维持阴极液钒离子价态处于2价‑2.3价之间，同时对阴极液进行冷却结晶，得到低价态硫酸钒晶体；（5）将步骤（3）电解后的阳极液加热至55℃‑65℃，得到高价态钒的硫酸盐沉淀；（6）混合低价态硫酸钒晶体和高价态钒的硫酸盐沉淀，形成钒的价态为3.5±0.05价的钒电解液晶体。

技术领域

本发明属于钒电池材料技术领域，涉及一种以偏钒酸铵为原料的钒电解液晶体的制备方法。

背景技术

钒电解液作为全钒液流电池系统（以下简称钒电池）能量转化的载体，其理化性质直接影响了钒电池的电池性能、稳定性以及使用寿命，其成本直接严重影响了钒电池的产业化发展。同时，钒电解液作为液态危险化学品，包装成本和运输成本较高。因此，开发固态钒电解液成为了解决钒电解液的运输半径问题的主要研发方向。

CN115852385A提供了一种钒电解液晶体及其循环制备方法，该方法通过用硫酸溶解VO₂，获得VOSO₄溶液；以VOSO₄溶液为正极、负极，实施电解；正极溶液加热沉钒，过滤得到红钒和滤液A；负极溶液补加硫酸，冷却结晶，过滤得到V₂(SO₄)₃·nH₂O晶体和滤液B；将红钒、V₂(SO₄)₃·nH₂O晶体和浓硫酸混合，固化成型，得到钒电解液晶体。

CN115874191A提供一种高溶解性硫酸钒、制备方法及其应用，包括以下步骤：将V₂O₄、硫酸与溶剂混合，在60℃-100℃下反应1h-8h制备得到高浓度硫酸氧钒溶液；将高浓度硫酸氧钒溶液进行电解还原，高浓度硫酸氧钒溶液完全转化成三价硫酸钒溶液；向三价硫酸钒溶液中加入硫酸后结晶，过滤获得V₂(SO₄)₃结晶。

上述两个专利文献均采用四价钒氧化物为原料，得到了钒离子平均价态较低（3价-3.5价）的硫酸盐晶体。但在实际工业生产过程中，四价钒氧化物的生产一般采用高纯的偏钒酸铵先经高温煅烧脱水脱氨制得高纯五氧化二钒，再通过氢气、氨气等还原性气体在高温条件下煅烧还原制备而成，因此，四价钒氧化物的加工价格较五氧化二钒更为昂贵。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种以偏钒酸铵为原料的钒电解液晶体的制备方法，所述方法采用偏钒酸铵为原料，直接通过电解法制备得到低价态和高价态钒的硫酸盐结晶和沉淀，按比例进行混合后形成钒电解液晶体。本发明的制备方法不经过焙烧制备氧化钒，在保证产品质量的前提下，既有效解决了钒电解液的运输半径难题，又极大地降低了钒电解液的生产成本。

具体而言，本发明提供一种钒电解液晶体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）提供含偏钒酸铵和硫酸的浆液，所述浆液中，偏钒酸铵和硫酸的摩尔比为1:(3-3.2)，钒浓度为2.5mol/L-3.0mol/L；

（2）以硫酸溶液为阳极液，以步骤（1）中的浆液为阴极液，在第一电解系统中以80mA/cm²-100mA/cm²的电流密度电解至阴极液钒离子价态降至4±0.1价，对电解后的浆液进行过滤，得到滤液；